鴨綠江感潮河段行洪能力分析及預(yù)報(bào)方法研究

鮑志偉

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

1 概述

丹東市位于鴨綠江流域下游感潮河段旁，其每年洪水頻發(fā)、多發(fā)。鴨綠江流域水量充沛，每年主汛期常發(fā)生暴雨洪水，洪水過程與潮水漲落形成洪潮共同作用的漲水過程，其水位流量關(guān)系復(fù)雜，為丹東市城區(qū)防洪安全帶來(lái)諸多安全問題[1]。丹東潮水站位于丹東市城區(qū)沿江路中部，其設(shè)站主要是為研究鴨綠江丹東地區(qū)潮汐變化，并為防汛及河道航運(yùn)提供潮位資料[2-5]。鴨綠江河段潮汐為非正規(guī)半日潮，晝夜兩漲兩落，每潮次相隔12h[5-7]。丹東站大小潮每月隨日期不同而周期地變化，其潮齡約為3d，大潮一般發(fā)生在朔、望后3d，即農(nóng)歷初三和十八日[8]。小潮一般發(fā)生在上弦、下弦后2～3d，即農(nóng)歷初九、初十和二十四、二十五日[9-11]。2010年丹東站發(fā)生了有資料以來(lái)的第二大洪水過程，8月3—22日期間上游來(lái)水持續(xù)增大，洪潮共同作用時(shí)間長(zhǎng)[13-14]。丹東城區(qū)共有防洪壩門45處，根據(jù)洪水位封堵不同閘底高程壩門，以保證洪水不入城區(qū)。丹東站肩負(fù)丹東市城區(qū)的防洪預(yù)警，壩門啟動(dòng)封堵的警戒水位為5.0m[15]。為此研究洪潮共同作用下的丹東站潮位變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的丹東站潮水位預(yù)報(bào)，關(guān)系到丹東城區(qū)防洪安全。為此開展丹東站洪潮過水能力分析及洪潮共同作用下的潮水位預(yù)報(bào)，對(duì)丹東市城區(qū)防洪安全及航道通行安全具有重要意義。

2 丹東站洪潮相互作用特點(diǎn)

2.1 洪水壓潮特性分析

丹東站處在感潮河段，當(dāng)上游洪水向下游傳播過程中，由于受到下游潮汐作用頂托，流速變小，由單向流變?yōu)橥鶑?fù)流，潮區(qū)界與潮流界也隨著洪枯水季節(jié)變化以及潮汐的周期變化發(fā)生遷移。同樣海洋潮波帶著自身能量進(jìn)入河口，潮水不斷向河道內(nèi)上游傳播，受到河床、水深及徑流的共同作用，能量被消耗，表現(xiàn)出潮差沿程變小，漲潮歷時(shí)變小，落潮歷時(shí)增大現(xiàn)象。為分析丹東站實(shí)際發(fā)生洪潮共同作用下潮位變化情況[12]，選取2010年丹東站實(shí)際發(fā)生洪水情況進(jìn)行部分摘錄分析。2010年丹東站共發(fā)生洪水6次，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，8月4日至9月2日期間，上游持續(xù)維持4000m3/s以上的流量過程，其低潮過程全部失潮，高潮部分潮汐不明顯或完全失去潮形。如圖1—3所示，在8月2日23時(shí)前流量小于20003/s，各高低潮形沒有發(fā)生變化，3日11時(shí)流量達(dá)38003/s時(shí)，低潮開始失去潮形，明顯高于無(wú)洪水影響情況。后續(xù)洪水的持續(xù)增加，逐漸對(duì)高潮產(chǎn)生影響，到流量到達(dá)12000m3/s以上時(shí)，丹東站高低潮形全部失去。

具體影響潮位及影響流量見表1。

表1 失潮影響潮位流量統(tǒng)計(jì)表

2.2 低潮期行洪能力分析

資料選取：選取各洪水過程低潮前的潮位及過水?dāng)嗝媪髁孔鳛榉治鰯?shù)據(jù)。理論假設(shè)在低潮平潮前，斷面流量流態(tài)接近天然河道過水情況。以此假設(shè)為基礎(chǔ)建立低潮水位流量關(guān)系。

通過選取近10年丹東站低潮時(shí)丹東潮水位站水位與流量情況，綜合分析作為近似天然河道過水能力情況，結(jié)合歷史分析情況點(diǎn)繪水位流量關(guān)系曲線，如圖4所示。近10年過水能力與天然河道洪水調(diào)查利用曼寧公式推求的水位流量關(guān)系線基本重合。說(shuō)明丹東站河段最低潮過水能力與天然河道過水能力接近，說(shuō)明低潮平潮期河段接近天然河道情況，潮汐影響最小。

圖1 丹東站2010年潮汐過程線

圖2 丹東站2010年流量過程線

圖3 丹東站2010年潮汐過程線

圖4 丹東潮水站水位流量關(guān)系曲線

通過圖4可知，低潮水位流量關(guān)系接近洪水調(diào)查計(jì)算成果，高中低水?dāng)M合較好，可見選擇數(shù)據(jù)及假設(shè)接近天然河道基本成立。其形成的水位流量關(guān)系與曼寧公式推導(dǎo)計(jì)算成果一致，可以合并使用。

2.3 高潮期行洪能力分析

資料選?。哼x取多年實(shí)測(cè)洪水過程的丹東潮水站洪水流量及潮位過程資料。建立水位流量關(guān)系，通過點(diǎn)群中心建立擬合關(guān)系，發(fā)現(xiàn)中低水點(diǎn)位較多，高水發(fā)生較少。其高水點(diǎn)位與曼寧公式推求的水位流量關(guān)系基本重合，說(shuō)明洪潮共同作用過程中，洪水量級(jí)的增加對(duì)潮水的影響作用不斷加強(qiáng)，當(dāng)洪水到達(dá)一定量級(jí)時(shí)，其潮水過程完全消失，河道接近天然河道過水?dāng)嗝媲闆r。取1957—2019年最大洪水過程發(fā)生時(shí)的丹東站實(shí)際發(fā)生潮位建立潮水位流量關(guān)系，通過點(diǎn)群中心做關(guān)系線，其上部與洪水調(diào)查推求關(guān)系線基本重合。如圖4所示。

2.4 洪潮關(guān)系曲線應(yīng)用

2.4.1丹東站低潮預(yù)報(bào)

當(dāng)?shù)|站上游發(fā)生較大洪水過程時(shí)，通過洪水河道驗(yàn)算，計(jì)算洪水過程到達(dá)丹東站的洪水過程。根據(jù)以上資料分析，洪水量級(jí)在2000m3/s以上才會(huì)影響低潮過程，以下不影響低潮變化過程。為此當(dāng)發(fā)生2000m3/s以上流量經(jīng)過丹東站斷面時(shí)，其低潮潮位可查算丹東站低潮水位流量關(guān)系作為丹東站低潮可能發(fā)生水位。

2.4.2丹東站高潮預(yù)報(bào)

丹東站高潮預(yù)報(bào)尤為重要，其關(guān)系到丹東主城區(qū)防洪安全。通過以上資料分析可知當(dāng)?shù)|站斷面過水超過7000～12000m3/s時(shí)，對(duì)高潮潮位開始發(fā)生影響，當(dāng)洪水達(dá)12000m3/s時(shí)高潮潮形完成消失，此時(shí)丹東潮位在5.10m，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其歷史最大天然高潮在5.10m左右，符合實(shí)際情況。通過以上分析，當(dāng)上游發(fā)生洪水7000m3/s以上洪水過程與高潮潮位疊加發(fā)生時(shí)，查歷年洪水實(shí)測(cè)洪水流量關(guān)系線。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)?shù)|站斷面流量高于2000m3/s時(shí)，其低潮潮位可通過丹東站低潮水位流量關(guān)系進(jìn)行查算。當(dāng)流量高于7000m3/s時(shí)，洪水和高潮潮位產(chǎn)生疊加效應(yīng)，丹東站高潮位預(yù)報(bào)建議結(jié)合歷年洪水實(shí)測(cè)洪水流量關(guān)系線進(jìn)行校正。

(2)丹東站的潮汐預(yù)報(bào)在應(yīng)用過程中建議綜合考慮潮水周期的大小潮變化，對(duì)其預(yù)報(bào)成果做適度修正，大小潮期適度增減5%，同時(shí)根據(jù)風(fēng)暴潮潮水增量進(jìn)行適度調(diào)整。

(3)丹東站高潮增水是其河道行洪能力影響的關(guān)鍵因素，需要在以后的研究中增加對(duì)增水影響的定量研究。